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 真空斷路器

  “真空斷路器”因其滅弧介質和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優點，在配電網中應用較為普及。 真空斷路器是3～10kV，50Hz三相交流系統中的戶內配電裝置，可供工礦企業、發電廠、變電站中作為電器設備的保護和控制之用，特別適用于要求無油化、少檢修及頻繁操作的使用場所，斷路器可配置在中置柜、雙層柜以及固定柜中作為控制和保護高壓電氣設備用。

 規格

1. 真空斷路器通常可分多個電壓等級。低壓型一般用于防爆電氣使用。像煤礦等等。
2. 額定電流達到5000A，開斷電流達到50kA的較好水平，并已發展到電壓達35kV等級。
3. 80年代以前，真空斷路器處于發展的起步階段，技術上在不斷摸索，還不能制定技術標準，直到1985年后才制成相關的產品標準。

國內主要依據標準

主要結構

  真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動機構、支架及其他部件。

 

  真空滅弧室

 

  按照開關型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空滅弧室、中間封接杯狀縱磁場小型化真空滅弧室、內封接式玻璃泡滅弧室，其基本結構如下：

 

  ①氣密絕緣系統(外殼)

由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的氣密絕緣筒、動端蓋板、定端蓋板、不銹鋼波紋管組成的氣密絕緣系統是一個真空密閉容器。為了保證氣密性，除了在封接式要有嚴格的操作工藝，還要求材料本身透氣性和內部放氣量小。

 

  ②導電系統

由定導電桿、定跑弧面、定觸頭、動觸頭、動跑弧面、動導電桿構成。觸頭結構大致有三種：圓柱形觸頭、帶有螺旋槽跑弧面的橫向磁場觸頭、縱向磁場觸頭。目前采用縱磁場技術，此種滅弧室具有強而穩定的電弧開斷能力。

 

  ③屏蔽系統

屏蔽罩是真空滅弧室中不可缺少的元件，并且有圍繞觸頭的主屏蔽罩、波紋管屏蔽罩和均壓用屏蔽罩等多種。主屏蔽罩的作用是：a防止燃弧過程中電弧生成物噴濺到絕緣外殼的內壁，從而降低外殼的絕緣強度。b改善滅弧室內部電場分布的均勻性，有利于降低局部場強，促進真空滅弧室小型化。c冷凝電弧生成物，吸收一部分電弧能量，有助于弧后間隙介質強度的恢復。

 

  操作機構

 

  按照斷路器型式不同，采用的操作機構不同。常用的操作機構有彈簧操作機構、CD10電磁操作機構、CD17電磁操作機構、CT19彈簧儲能操作機構、CT8彈簧儲能操作機構。

 

  其它部件

 

  基座、絕緣支撐件、絕緣子等。

型號：HVLG‐DSS、HVLG‐SS、HVKG‐DSS、HVKG‐SS、HVLP‐SS、HVLKP‐SS、HVKKP‐SS、

HVKP‐DSS、HVNP‐DS(DC)等各類克令吊馬達、控制器及相關配件

HVL 系列，HVK 系列，HVN 系列 等錨絞機馬達、控制器及相關配件

HPD/HPS 雙聯泵及單聯泵及相關配件

6N/66N 系列泵以及相關維修配件

6P/66P 系列泵及相關配件

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  特點

  ①觸頭開距小，10KV真空斷路器的觸頭開距只有10mm左右，操作機構的操作功就小，機械部分行程小，其機械壽命就長。

  ②燃弧時間短，且與開關電流大小無關，一般只有半周波。

  ③熄弧后觸頭間隙介質恢復速度快，對開斷近區故障性能較好。

  ④由于觸頭在開斷電流時磨損量較小，所以觸頭的電氣壽命長，滿容量開斷達30-50次，額定電流開斷達5000次以上，噪音小適于頻繁操作。

  ⑤體積小、重量輕。

  ⑥適用于開斷容性負荷電流。

由于其優點很多，所以廣泛應用于變電站中，目前型號主要有：ZN12-10型、ZN28A-10型、ZN65A-12型、ZN12A-12型、VS1型、ZN30型等。

 

  具體介紹

 

  真空斷路器技術標準真空斷路器在我國近十年來得到了蓬勃的發展。產品從過去的ZN1～ZN5幾個品種發展到數十多個型號、品種，額定電流達到5000A，開斷電流達到50kA的較好水平，并已發展到電壓達35kV等級。

80年代以前，真空斷路器處于發展的起步階段，技術上在不斷摸索，還不能制定技術標準，直到1985年后才制定相關的產品標準。

 

  工作原理

 

 

  真空斷路器的工作原理是：當動、靜觸頭在操作機構的作用下分閘時，觸頭間產生電弧，觸頭表面在高溫下揮發出蒸汽，由于觸頭設計為特殊形狀，在電流通過時產生一磁場，電弧在此磁場作用下沿觸頭表面切線方向快速運動，在金屬圓筒(屏蔽罩)上凝結了部分金屬蒸汽，電弧在自然過零時就熄滅了，觸頭間的介質強度又迅速恢復起來。

 

  技術參數

  參數名稱 單位 型號

 

  ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40

  電壓參數

  額定電壓 kV 10

  最高電壓 11.5

  絕緣水平

  工頻耐壓 極間、極對地 42

  斷口間 48

  沖擊耐壓 極間、極對地 75

  斷口間 84

  電流參數 額定電流 A 1250 1250 3150

  額定短路開斷 kA 20 31.5 40

  額定峰值耐受電流 kA 50 80 100

  4S短時耐受電流 kA 20 31.5 40

  額定短時關合電流(峰值) kA 50 80 100

  額定單個電容器組開斷電流 A 630 800

  額定背對背電容器組開斷電流 A 400 400

  壽命 額定短路開斷電流次數 次 50 50 30

  機械壽命 次 10000

  其它 額定操作順序 分-0.5s-合分-180s-合分 分-180s-合分-180-合分

  全開斷次數 不大于60

  配用操動機構 CD或CT機構

 

  機械特性

（運行參數） 序號 機械特性參數 單位 ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40

1 觸頭開距 mm 11±1.0 10±1.0 11±1.0

2 接觸行程 mm 4±1.0 3±0.5

3 觸頭接觸壓力 N 1500±200 3000±200 5000±300

4 平均合閘速度 m/s 0.6±0.2

5 平均分閘速度 m/s 1.1±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3

6 合閘彈跳時間 ms <2

7 分、合不同期性 ms <3

8 合閘時間 ms <100

9 分閘時間 ms <60

10 主回路直流電阻 μΩ ≤60 ≤60 ≤20

11 動靜觸頭累積允許磨損厚度 mm 3.0

 

  為滿足真空滅弧室對機械參量的要求，保證真空斷路器電氣機械性能，確保運行可靠性，真空斷路器須具有穩定、良好的機械特性。主要機械特性列于上表，亦以三種斷路器技術指標為例。 4.各機械特性對產品性能的影響 產品機械特性的優劣，對產品各項電氣性能有重要的關系，而且影響產品運行可靠性。衡量真空斷路器的性能，真空滅孤室本身的性能固然重要，然而機械特性同樣具有舉足輕重的作用。下面對各機械特性參數與產品性能的關系分述如下：

開距

  觸頭的開距主要取決于真空斷路器的額定電壓和耐壓要求，一般額定電壓低時觸頭開距選得小些。但開距太小會影響分斷能力和耐壓水平。開距太大，雖然可以提高耐壓水平，但會使真空滅弧室的波紋管壽命下降。設計時一般在滿足運行的耐壓要求下盡量把開距選得小一些。10kV真空斷路器的開距通常在8～12mm之間，35kV的則在30～40mm之間。

接觸壓力

  在無外力作用時，動觸頭在大氣壓作用下，對內腔產生一個閉合力使其與靜觸頭閉合，稱之為自閉力，其大小取決于波紋管的端口直徑。滅弧室在工作狀態時，這個力太小不能保證動靜觸頭間良好的電接觸，必須施加一個外加壓力。這個外加壓力和自閉力之和稱為觸頭的接觸壓力。這個接觸壓力有如下幾個作用：

(1)保證動、靜觸頭的良好接觸，并使其接觸電阻少于規定值。

(2)滿足額定短路狀態時的動穩定要求。應使觸頭壓力大于額定短路狀態時的觸頭間的斥力，以保證在該狀態下的完全閉合和不受損壞。

(3)抑制合閘彈跳。使觸頭在閉合碰撞時得以緩沖，把碰撞的動能轉彈性勢能，抑制觸頭的彈跳。

(4)為分閘提供一個加速力。當接觸壓力大時，動觸頭得到較大的分閘力，容易拉斷會鬧熔焊點，提高分閘初始的加速度，減少燃弧時間，提高分斷能力。觸頭接觸壓力是一個很重要的參數，在產品的初始設計中要經過多次驗證、試驗才選取得比較合適。如觸頭壓力選得太小，滿足不了上述各方面的要求；但觸頭壓力太大，一方面需要增大合閘操作功，另外滅弧室和整機的機械強度要求也需要提高，技術上不經濟。

接觸行程

真空斷路器毫無例外地采用對接式接觸方式。動觸頭碰上靜觸頭之后就不能再前進了，觸頭接觸壓力是由每極觸頭壓縮彈簧(有時稱作合閘緩沖彈簧)提供的。所謂接觸行程，就是開關觸頭碰觸開始，觸頭壓簧施力端繼續運動至終結的距離，亦即觸頭彈簧的壓縮距離，故又稱壓縮行程。

接觸行程有兩方面作用，一是令觸頭彈簧受壓而向對接觸頭提供接觸壓力；二是保證在運行磨損后仍然保持一定的接觸壓力，使之可靠接觸。一般接觸行程可取開距的20%～30%左右，10kV的真空斷路器約為3～4mm。

真空斷路器的實際結構中，觸頭合閘彈簧設計成即使處于分閘位置，也有相當的預壓縮量，有預壓力。這是為使合閘過程中，當動觸頭尚未碰到靜觸頭而發生預擊穿時，動觸頭有相當力量抵抗電動力，而不致于向后退縮；當觸頭碰接瞬間，接觸壓力陡然躍增至預壓力數值，防止合閘彈跳，足以抵抗電動斥力，并使接觸初始就有良好狀態；隨著接觸行程的前進，觸頭間的接觸壓力逐步增大，接觸行程終結時，接觸壓力達到設計值。接觸行程不包括合閘彈簧的預壓縮量程，它實際上是合閘彈簧的第二次受壓行程。

合閘速度

平均合閘速度主要影響觸頭的電磨蝕。如合閘速度太低，則預擊穿時間長，電弧存在的時間長，觸頭表面電磨損大，甚至使觸頭熔焊而粘住，降低滅弧室的電壽命。但速度太高，容易產生合閘彈跳，操動機構輸出功也要增大，對滅弧室和整機機械沖擊大，影響產品的使用可靠性與機械壽命。平均合閘速度通常取0.6m/s左右為宜。

分閘速度

斷路器的分閘速度一般而言速度越快越好，這樣可以使首開相在電流趨近于0前2～3ms時能開斷故障電流；否則首開相不能開斷而延續至下一相，原來首開相變為后開相，燃弧時間加長了，增加了開斷的難度，甚至使開斷失敗。但分閘速度太快，分閘的反彈也大，反彈太大震動過劇亦容易產生重燃，所以分間速度亦應考慮這方面因素。分閘速度的快慢，主要取決于合閘時動觸頭彈簧和分閘彈簧的貯能大小。為了提高分閘速度，可以增加分閘彈簧的貯能量，也可以增加合閘彈簧的壓縮量，這都必然需要提高操動機構的輸出功和整機的機械強度，降低了技術經濟指標。經過多年試驗認為，10kV的真空斷路器，平均分閘速度能保證在0.95～1.2m/s比較合適。

彈跳時間

合閘彈跳時間是斷路器在合閘時，觸頭剛接觸開始計起，隨后產生分離，可能又接觸又分離，到其穩定接觸之間的時間。

這一參數國外的標準中都沒有明確規定，1989年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時間必須小于2ms。為什么合閘彈跳時間要小于2ms呢？主要是合閘彈跳的瞬間會引起電力系統或設備產生L.C高頻振蕩，振蕩產生的過電壓對電氣設備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。當合閘彈跳時；同小于2ms時，不會產生較大的過電壓，設備絕緣不會受損，在關合時動靜觸頭之間也不會產生熔焊。

合閘的不同期性太大容易引起合閘的彈跳，因為機構輸出的運動沖量僅由首合閘相觸頭承受。分閘的不同期性太大可能使后開相管子燃弧時間加長，降低開斷能力。

合閘與分閘的不同期性一般是同時存在的，所以調好了合閘的不同期性，分閘的不同期性也就有了保證。產品中要求合分閘不同期性小于2ms。

分、合閘時間是指從操動線圈的端子得電時刻計起，至三極觸頭全部合上或分離止的一段時間間隔。

合、分閘線圈是按短時工作制作設計的，合閘線圈的通電時間不到100ms，分閘線圈的不到60ms。分、合閘時間一般在斷路器出廠時已調好，無須再動。

當斷路器用在發電系統并在電源近端短路時，故障電流衰減較慢，若分閘時間很短，這時斷路器分斷的故障電流就可能含有較大的直流分量，開斷條件更為惡劣，這對斷路器的開斷是很不利的。所以用于發電系統的真空斷路器，其分閘時間盡可能設計長些為宜。

回路電阻

回路電阻值是表征導電回路的聯接是否良好的一個參數，各類型產品都規定了一定范圍內的值。若回路電阻超過規定值時，很可能是導電回路某一連接處接觸不良。在大電流運行時接觸不良處的局部溫升增高，嚴重時甚至引起惡性循環造成氧化燒損，對用于大電流運行的斷路器尤需加倍注意。回路電阻測量，不允許采用電橋法測量，須采用GB763規定的直流壓降法。

觸頭系統

“真空斷路器”的觸頭常采取對接式觸頭。因為一般的真空斷路器在分閘狀態下動靜觸頭的距離只有16mm這么小的距離很難制作出其他形狀的接觸面，而且平直的接觸面瞬間動作電弧的損傷也較小。真空斷路器的優點之一是體積小，動靜觸頭要在一個絕對真空的空間內動作，如果制作成其他的對接方式也會增加斷路器自身的體積！